1.1. Về các mô hình nguồn chấn động
Việc đánh giá định lượng độ nguy hiểm động đất dựa trên cơ sở ban đầu là các mô hình nguồn chấn động đã được xây dựng sẵn, mô phỏng quá trình giải phóng năng lượng và lan truyền chấn động từ chấn tiêu một trận động đất tới điểm quan sát. Các mô hình này cho phép tính toán định lượng độ nguy hiểm động đất tại nhiều điểm quan sát khác nhau, từ đó xây dựng các bản đồ độ nguy hiểm động đất cho một khu vực cụ thể.
Cho đến nay, các nghiên cứu đánh giá nguy hiểm động đất ở Việt nam vẫn thường sử dụng mô hình nguồn điểm như là nguồn phát sinh chấn động động đất. Đây là loại mô hình nguồn chấn động được Cornell (1968) và Milne và Davenport (1969) xây dựng và sử dụng lần đầu tiên với giả thiết cho rằng toàn bộ năng lượng do động đất phát ra được lan truyền từ chấn tiêu, và do đó chúng được gọi là “các mô hình nguồn điểm”[25, 41]. Việc áp dụng các mô hình nguồn điểm thường tỏ ra không đáng tin cậy trong trường hợp động đất đang xét là một trận động đất mạnh, xảy ra trên một đứt gẫy kiến tạo có độ dài lớn, và điểm quan sát nằm khá gần với đứt gẫy phát sinh ra động đất. Trong những trường hợp như vậy, do chấn tiêu thường là một đới phá huỷ có dạng kéo dài theo phương của đứt gẫy sinh chấn, mô hình nguồn điểm thường không phản ánh đúng hình học và cơ cấu chấn tiêu và kết quả tính toán độ nguy hiểm động đất nhận được thường thấp hơn các giá trị hiện thực.
Để khắc phục những nhược điểm của các mô hình nguồn điểm, trong khuôn khổ đề tài, mô hình nguồn tuyến đã được xây dựng và áp dụng để đánh giá rủi ro động đất cho thành phố Hồ Chí Minh. Mô hình nguồn tuyến đã được Der Kiureghian và Ang (1977) đồng thời với Douglas và Ryall (1977) đề nghị và áp dụng đầu tiên, khi các đứt gãy hoạt động (hay các đoạn của chúng) được coi là nguồn phát sinh chấn động động đất [26]. Các mô hình nguồn tuyến được xây dựng dựa trên giả thiết cho rằng sau khi động đất phát sinh tại chấn tiêu, chấn động của nó được lan truyền ra không gian xung quanh và để lại dấu vết dưới dạng một chuỗi liên tiếp các đoạn đứt gẫy nhỏ trong toàn bộ đới phá huỷ nằm
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp thành phố 2010-2012, Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh
trong lớp vỏ Trái đất. Như vậy, cường độ rung động cực đại tại một điểm sẽ được xác định bởi đoạn đứt gẫy phá huỷ nằm gần điểm đó nhất. Một trong những đặc điểm quan trọng của các mô hình nguồn tuyến là chúng được xây dựng dựa trên mối tương quan được chi tiết hoá giữa magnitude động đất và các tham số của đứt gẫy phát sinh động đất. Chính yếu tố này tạo nên sự khác biệt cơ bản giữa mô hình nguồn tuyến và mô hình nguồn điểm và ảnh hưởng trực tiếp tới các kết quả tính toán độ nguy hiểm động đất.
1.2. Các hệ thống đứt gẫy có khả năng sinh chấn trên lãnh thổ và thềm lục địa Nam Việt nam
Mô hình nguồn tuyến cho miền Nam Việt nam được xây dựng trên cơ sở số liệu về các hệ thống đứt gẫy sinh chấn đã được xác định trên lãnh thổ và vùng thềm lục địa miền Nam Việt nam. Việc xác định các đứt gẫy sinh chấn chủ yếu dựa trên cơ sở quy luật về tính địa đới của các chấn tâm động đất, tức là sự phân bố của các chấn tâm động đất dọc theo các đới đứt gẫy phá huỷ. Ngoài ra, các yếu tố địa chất, địa vật lý và viễn thám khác cũng được tham khảo như các tiêu chuẩn bổ trợ cho việc lựa chọn các đứt gẫy có khả năng sinh chấn. Hình 5.1 minh hoạ sơ đồ các hệ thống đứt gẫy có khả năng sinh chấn trên lãnh thổ và thềm lục địa miền Nam Việt nam được sử dụng để xây dựng mô hình nguồn tuyến áp dụng cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh. Các tham số địa động lực của đứt gẫy được xác định dựa theo các tài liệu đã công bố gần đây nhất của Liên đoàn bản đồ địa chất miền Nam (Bảng 5.1, [5]).
Các số liệu được số hoá và lưu trữ trong cơ sở dữ liệu GIS, với mỗi hệ đứt gẫy được mô hình hoá dưới dạng một hoặc vài đường cong đơn trên bản đồ và được nối kết với các dữ liệu thuộc tính. Các dữ liệu thuộc tính được nhập vào cơ sở dữ liệu bao gồm hai loại. Loại thứ nhất là các thông tin mang tính mô tả như tên gọi đứt gẫy, cấp đứt gẫy, cơ chế (loại) đứt gẫy, hướng phát triển, tổng độ dài, v.v... Loại thứ hai, quan trọng hơn, chính là các tham số đứt gẫy sẽ được sử dụng trực tiếp vào quá trình tính toán độ nguy hiểm động đất như magnitude mô men cực đại Mmax, độ
sâu tầng hoạt động, góc cắm, ... Các tham số phục vụ tính toán được xác định dựa trên các nguyên tắc sau đây:
- Đại lượng Mmax là độ lớn của động đất cực đại mà hệ đứt gẫy đang xét có khả năng phát sinh và được xác định trên cơ sở số liệu động đất đã quan sát thấy trên hoặc dọc theo đứt gẫy. Trong trường hợp không có số liệu, giá trị MMax được ước lượng bằng hai phương pháp xác suất- thống kê là phương pháp cực trị của Gumbel và phương pháp Hợp lý cực
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp thành phố 2010-2012, Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh
đại [10, 11, 44]. Toàn bộ các giá trị Mmax được chuyển đổi về Magnitude mô men.
- Độ sâu bề dày tầng hoạt động của hệ đứt gẫy được coi là độ sâu lớn nhất của chấn tiêu động đất quan sát được trong toàn đới phá huỷ của đứt gẫy. Điều này có thể được thực hiện dễ dàng bằng các công cụ tra vấn ngầm định của phần mềm xử lý đồ hoạ ArcviewGIS.
- Tuỳ theo góc cắm nghiêng về phía trái hay phía phải của đường thẳng chỉ phương kéo dài của đứt gẫy, giá trị góc cắm của hệ đứt gẫy sẽ được xác định là bằng chính nó hay bằng giá trị của góc bù của nó. Đường thẳng chỉ phương của đứt gẫy được quy ước ngầm định là chạy từ trên xuống dưới và từ trái qua phải trên bản đồ.
Bảng 5.1: Đặc trưng cơ bản của các đới đứt gãy hoạt động chính khu vực TP. Hồ Chí Minh và lân cận (theo [5])
STT Tên đứt gãy Phương Bậc cắm mặt trượt Hướng/góc Chiều dài* (km)
Chiều
rộng (km) Cơ chế dịch chuyển trong N2 – Q
(1) (2) (4) (5) (9) (6) (7) (10)
1 Hải Nam – Phú Khánh AKT 1 ĐĐN/60-700 >210(1000) 100 LL – N 2 Kinh tuyến 109 AKT 1 ĐĐN/80 - 900 >430(1100) 100 LL – N 3 Thuận Hải – Minh Hải ĐB-TN 1 ĐN/ 700
-750 > 380 (660) 60 LL –N 7 Shear Tuy Hòa TB-ĐN 2 ĐB/600 ~210 30 RL-N 8 Tuy Hòa – Trị An
(Tuy Hòa – Biên Hòa)
ĐB-TN 2 TB/60-750 ~365 30 LL – N 9 Bình Long – Bình Châu TB- ĐN 2 TN/70 -750 >192 30 RL-N 10 Sông Sài Gòn TB- ĐN 2 TN/70 -800 >220 (600) 30 RL-N 11 Sông Vàm Cỏ Đông TB- ĐN 2 TN/75 -800 >200 30 RL-N 12 Sông Hậu TB- ĐN 2 TN/75 -800 >200 (600) 40 RL-N 13 Tây Côn Sơn ĐĐB-TTN 2 TTB/80 - 90 >450 40 LL – N 14 Côn Sơn ĐĐB-TTN 2 TTB/80-900 ~400 30 LL – N 15 ĐN Côn Sơn ĐB- TN 2 ĐN/80 >300 40 LL – N 16 Lộc Ninh – Tp. HCM KT 3 T/70 - 80 >250 (350) 25 LL – N 17 Đak Mil – Bình Châu KT 3 T/70 - 800 158 (400) 20 LL – N 18 Đa nhim – Tánh Linh ĐB-TN 3 TB/65-700 200(400) 25 LL – N 19 Long Hải – Tuy Phong ĐB-TN 3 ĐN/70-750 <295 20 LL – N 20 Mũi Kê Gà ĐĐB-TTN 3 ĐĐN/80-90 <294 20 LL – N 21 Bạch Hỗ ĐĐB-TTN 3 ĐĐN/80-90 <400 20 LL – N 22 Rạng Đông ĐĐB-TTN 3 ĐĐN/80-90 <400 20 LL – N Ghi chú: B – Bắc, N – Nam, Đ-Đông, T – Tây; Cột (6): giá trị trong ngoặc đơn là giá
trị lớn nhất có thể trên bình đồ kiến tạo Đông nam Châu Á, theo sự tổng hợp các tài liệu Địa vật lý; XV – Xuyên vỏ, N2 – Q – Pliocen – Đệ tứ, Bt – Bằng trái, Bp – Bằng
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp thành phố 2010-2012, Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh
Hình 5.1. Sơ đồ các hệ thống đứt gẫy sinh chấn sử dụng để xây dựng mô hình nguồn tuyến áp dụng cho thành phố Hồ Chí Minh
1.3. Xây dựng mô hình nguồn tuyến đánh giá độ nguy hiểm động đất ở Việt Nam
Mối tương quan giữa magnitude M của động đất và độ dài L của đoạn đứt gẫy phá huỷ đóng vai trò chấn tiêu (dưới đây sẽ gọi là đoạn đứt gẫy phá huỷ) đã được nhiều tác giả nghiên cứu. Để xây dựng mô hình nguồn tuyến cho Việt nam, công thức của Wells và Coppersmith được sử dụng [55]:
Log10(L) = a + b. M (V.1)
trong đó L là độ dài đoạn đứt gẫy phá huỷ tính bằng km; M là magnitude mô men của động đất; a và b là các hằng số, được xác định bằng thực nghiệm cho các loại đứt gẫy khác nhau và được cho trong bảng 5.2. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp thành phố 2010-2012, Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh
Bảng 5.2. Các hệ số hồi quy trong biểu thức quan hệ giữa magnitude và độ dài đoạn đứt gẫy phá huỷ của Wells và Copersmith (1994)
Loại phá huỷ Loại đứt gẫy a B
Trên mặt Trượt bằng Chờm nghịch Khác -3,55 -2,86 -3,22 0,74 0,63 0,69 Dưới sâu Trượt bằng Chờm nghịch Khác -2,57 -2,42 -2,44 0,62 0,58 0,59
Mối tương quan giữa các thông số rung động nền đất với
magnitude động đất và khoảng cách từ nguồn chấn động tới một điểm cho trước, còn gọi là phương trình tắt dần chấn động, được biểu diễn dưới dạng tổng quát như sau :
Y = a ebM Rc (V.2)
trong đó Y là một trong các tham số rung động nền, M là magnitude động đất, R là khoảng cách từ chấn tiêu tới điểm quan sát, còn a, b và c là các hằng số, được xác định cho từng vùng khác nhau.
Để đánh giá độ nguy hiểm động đất ở phạm vi khu vực, hai tham số đặc trưng cho rung động nền trên bề mặt được lựa chọn để biểu diễn đại lượng Y trong công thức trên là gia tốc cực đại nền (PGA) và cường độ chấn động do động đất gây ra trên bề mặt I. Đối với đại lượng PGA, đã có rất nhiều phương trình tắt dần chấn động được nhiều tác giả xây dựng và công bố cho nhiều khu vực có điều kiện địa chất công trình và cơ chế kiến tạo-địa động lực rất khác nhau trên thế giới. Bảng 5.3 liệt kê 10 phương trình tắt dần chấn động được lựa chọn sử dụng cho mô hình nguồn tuyến ở Việt nam. Các phương trình này đã được áp dụng để đánh giá khả năng rung động nền đất tại Hà nội [13] và được mô tả chi tiết trong các công trình đã công bố trước đây [8, 19, 21, 33, 42, 47, 48, 54, 58, 60]. Mối tương quan giữa cấp chấn động I (theo thang MSK-64) với đại lượng gia tốc cực đại nền PGA được cho trong bảng 5.4.
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp thành phố 2010-2012, Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh
Bảng 5.3. Các phương trình tắt dần chấn động sử dụng cho mô hình nguồn tuyến của Việt nam
STT Nguồn Môi trường ứng dụng
1 Nguyễn Đình Xuyên và nnk. (1999) Động đất Việt nam 2 Xiang Jianguang và Gao Dong (1994) Động đất Vân nam 3 Boore, Joyner & Fumal (1994) Động đất nông trong vỏ
Trái Đất 4 Sadigh, Chang, Abrahamson, Chiou và
Power (1993)
Động đất nông trong vỏ Trái Đất
5 Campbell & Bozorgnia (1994) Động đất nông trong vỏ Trái Đất
6 Munson & Thurber (1997) Động đất khu vực quần đảo 7 Youngs, Chiou, Silva và Humphrey
(1997)
Động đất sâu tại các đới cuốn hút
8 Frankel và nnk. (1996) Miền Trung và Miền Đông Hoa kỳ
9 Toro, Abrahamson và Shneider (1997) Miền Trung và Miền Đông Hoa kỳ
10 Phòng thí nghiệm quốc gia Hoa kỳ Lawrence Livermore (Savy, 1998)
Miền Trung và Miền Đông Hoa kỳ
Bảng 5.4. Quan hệ giữa gia tốc nền PGA và cấp chấn động I (theo thang MSK-64) Gia tốc nền PGA (gal) Cấp chấn động I 0.015-0.03 V 0.03-0.06 VI 0.06-0.12 VII 0.12-0.24 VIII 0.24-0.49 IX Hơn 0.49 X 2. Xây dựng các kịch bản động đất
Động đất kịch bản là động đất được dự báo sẽ xảy ra tại khu vực nghiên cứu, với các thông số ban đầu được xác định trước. Nói cách khác, động đất kịch bản là sự mô phỏng những trận động đất đã xảy ra trong quá khứ, nhằm dự báo ảnh hưởng của những trận động đất sẽ xảy ra trong tương lai.
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp thành phố 2010-2012, Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh
Để đánh giá thiệt hại cho khu vực các quận 4, 7 và huyện Nhà Bè, thành phố Hồ Chí Minh, các động đất kịch bản được xây dựng dựa trên các giả thiết sau:
1) Động đất được phát sinh trên một trong những đứt gẫy kiến tạo có khả năng sinh chấn chạy cắt ngang qua hoặc gần địa bàn thành phố. Chấn tâm động đất kịch bản được lấy tại một điểm nằm trên đứt gẫy phát sinh ra nó và có khoảng cách gần nhất tới địa phận thành phố Hồ Chí Minh.
2) Ngoài tọa độ chấn tâm, các tham số khác của động đất kịch bản được xác định theo các tham số hình học và địa động lực của chấn đoạn đứt gẫy phá huỷ phát sinh ra nó (chấn tiêu động đất kịch bản) theo các nguyên tắc của mô hình nguồn tuyến đã mô tả ở trên. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong đề tài trước đây, ảnh hưởng của chấn động từ xa tới khu vực đô thị thành phố Hồ Chí Minh đã được khảo sát bằng kịch bản động đất phát sinh trên đới đứt gẫy Thuận Hải – Minh Hải [14]. Trong đề tài này, thiệt hại do động đất được phát sinh ngay trên địa bàn thành phố sẽ được khảo sát bằng hai kịch bản động đất được xây dựng với giả thiết là chúng được phát sinh trên các hệ đứt gẫy Sông Sài Gòn và Sông Vàm Cỏ Đông chạy cắt qua địa bàn thành phố Hồ Chí Minh (Hình 5.2). Magnitude của cả hai động đất kịch bản được chọn bằng 5,5 và độ sâu chấn tiêu bằng 12 km. Thông số cơ bản của các động đất kịch bản sử dụng trong đề tài này được liệt kê trong bảng 5.5.
Bảng 5.5. Thông số của các động đất kịch bản theo nguồn tuyến sử dụng trong tính toán rủi ro cho thành phố Hồ Chí Minh
STT Tên
kịch bản
Tên
đứt gãy Mw
Toạ độ chấn tâm Độ sâu chấn tiêu,
km Kinh độ Vĩ độ
1 Q47NB_VC Sông Vàm Cỏ Đông 5.5 106.62 10.59 12 2 Q47NB_SG Sông Sài Gòn 5.5 106.78 10.80 12
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp thành phố 2010-2012, Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh
Hình 5.2. Chấn tâm các động đất kịch bản có độ lớn M=5,5 giả thiết được phát sinh trên các hệ đứt gẫy Sông Vàm Cỏ Đông và Sông Sài Gòn
(Hình ngũ giác màu đỏ).
3. Xây dựng Hệ thống hỗ trợ ra quyết định đánh giá rủi ro động đất cho thành phố Hồ Chí Minh cho thành phố Hồ Chí Minh
Mô hình nguồn tuyến được áp dụng để xây dựng công cụ phần mềm đánh giá độ rủi ro động đất và ước lượng thiệt hại ở phạm vi đô thị. Công cụ này có tên gọi là ArcRisk, được viết bằng ngôn ngữ Avenue trên cơ sở tuỳ biến giao diện của ArcView. Ngoài chức năng là một công cụ